Vad är ett chip, typer och förpackningar av chips

Det är inte känt vem som först kom på idén att placera två eller fler transistorer på ett enda halvledarchip. Idén kan ha uppstått strax efter att halvledarindustrin började producera halvledarelement. Det är känt att den teoretiska grunden för detta tillvägagångssätt publicerades i början av 1950-talet. Det tog mindre än 10 år att övervinna de tekniska problemen, och redan i början av 60-talet kom den första anordningen med flera elektroniska komponenter i ett paket - ett mikrochip (chip). Sedan dess har mänskligheten inlett en väg mot fulländning som ännu inte har nått sitt slut.

Syftet med tryckta kretsar

För närvarande tillverkas en mängd olika elektroniska komponenter med olika grad av integration i integrerade kretsar. Dessa enheter kan användas för att montera olika elektroniska apparater. En radiomottagarkrets kan till exempel implementeras på olika sätt. En utgångspunkt är att använda mikrokretsar av transistorer. Genom att koppla ihop deras ledningar är det möjligt att göra en mottagarenhet. Nästa steg är att använda enskilda komponenter i en integrerad konstruktion (Var och en i sitt eget hus.):

• Radiofrekvensförstärkare.
• heterodyne;
• mixer;
• ljudfrekvensförstärkare.

Slutligen är den modernaste varianten att ha hela mottagaren i ett enda chip och endast lägga till några få externa passiva element. Det är uppenbart att kretsdesignen blir enklare när integrationsgraden ökar. Till och med en komplett dator kan nu byggas på ett enda chip. Prestandan kommer fortfarande att vara lägre än för konventionella datorer, men med den tekniska utvecklingen kan kanske även denna punkt övervinnas.

Chiptyper

Det finns ett enormt antal olika typer av mikrokretsar som tillverkas idag. Praktiskt taget alla kompletta elektroniska enheter, standard eller specialiserade, är tillgängliga i mikrodesign. Det är inte möjligt att förteckna och demontera alla typer inom ramen för en enda granskning. Men generellt sett kan integrerade kretsar delas in i tre övergripande kategorier beroende på deras funktionalitet.

1. Digital. De arbetar med diskreta signaler. Digitala nivåer matas in i ingången och signaler i digital form tas också från utgången. Denna klass av anordningar omfattar allt från enkla logiska element till de mest avancerade mikroprocessorerna. Detta omfattar även programmerbara logiska matriser, minnesenheter osv.
2. Analog. De arbetar med signaler som förändras enligt en kontinuerlig lag. Ett typiskt exempel på denna typ av chip är en ljudfrekvensförstärkare. I den här klassen ingår också integrerade linjestabilisatorer, signalgeneratorer, mätsensorer med mera. Även uppsättningar av passiva element (motstånd, RC-kretsar osv.) hör också till den analoga kategorin.motstånd, RC-kretsar osv.).
3. Analogt till digitalt (digitalt till analogt). Dessa chip omvandlar inte bara diskreta data till kontinuerliga data eller vice versa. Käll- eller mottagningssignaler i samma hölje kan förstärkas, konverteras, moduleras, avkodas osv. Analog-till-digital-sensorer används i stor utsträckning för att kommunicera mätkretsar i olika tekniska processer med datorutrustning.

IC:er delas också in i olika typer av tillverkning:

• Halvledare - tillverkad på ett enda halvledarchip;
• Film - passiva element tillverkas av tjocka eller tunna filmer;
• Hybrid: Aktiva halvledaranordningar (transistorer etc.).

Men när det gäller tillämpningen av mikrokretsar ger denna klassificering i de flesta fall inte mycket praktisk information.

Chipshells

För att skydda det inre innehållet och förenkla installationen placeras mikrokretsarna i ett paket. Till en början tillverkades de flesta mikrokretsar i ett metallhölje (runda eller rektangulära) med flexibla stift som är placerade runtomkring.

Denna konstruktion kunde inte dra full nytta av miniatyriseringen eftersom enhetens dimensioner var mycket stora jämfört med chipstorleken. Dessutom var integrationsgraden låg, vilket bara förvärrade problemet. I mitten av sextiotalet kom DIP-paketet (dubbelt in-line-paket), en rektangulär låda med styva stift på båda sidor. Problemet med den stora storleken löstes inte, men denna lösning gjorde det ändå möjligt att uppnå en högre packningstäthet och underlätta automatiserad montering av elektroniska kretsar. Antalet DIP-stift varierar från 4 till 64, även om enheter med fler än 40 är mycket sällsynta.

Viktigt! Stiftavståndet för DIP-mikrokretsar av inhemsk tillverkning är 2,5 mm, för importerade mikrokretsar 2,54 mm (1 linje = 0,1 tum.). På grund av detta uppstår problem när man byter ut kompletta, till synes ryska och importerade motsvarigheter. En liten skillnad gör det svårt att få in samma funktionalitet och stifttilldelning i styrelser och paneler.

I takt med utvecklingen av den elektroniska tekniken blev nackdelarna med DIP-paket uppenbara. Mikroprocessorerna hade inte tillräckligt många pinnar och det ökade antalet pinnar krävde mer utrymme på kretskorten. Det andra problemet som gjorde att DIP-dominansen tog slut var spridningen av ytmontering. Istället för att löda in chip i hålen på kretskortet löds de direkt på plattor. Denna monteringsmetod visade sig vara mycket rationell, så det fanns ett behov av chips i förpackningar som var anpassade för lödning på ytan. Och processen för att byta ut monteringsanordningarna med hål (sant hål) element som kallas SMD (ytmonterad detalj).

Det första steget mot en ytmonterad konstruktion var införandet av SOIC-paket och deras modifieringar (SOP, HSOP och andra konstruktioner). Liksom DIP-typerna är stjälkarna placerade i två rader på långsidorna, men de är parallella med lådans undersida.

En vidareutveckling är QFP-huset. Detta fodral har fyrkantiga stift på varje sida. Det liknar PLLC-paketet men ligger närmare DIP-paketet, även om benen också finns runt hela omkretsen.

DIP-chip har under en tid hållit sig kvar inom sektorn för programmerbara enheter (ROM, styrenheter, PLM), men spridningen av programmering på chipet har förskjutit dubbelradiga paket med äkta hål även från detta område. Numera är till och med delar som tidigare monterades i hål - t.ex. integrerade spänningsregulatorer - SMD-klara.

Utvecklingen av mikroprocessorhöljen har gått en annan väg. Eftersom antalet stift inte ryms inom omkretsen av en rimlig storlek på en kvadrat, är benen på ett stort chip arrangerade i en matris (PGA, LGA, etc.).

Fördelar med att använda chips

Mikrochipet revolutionerade elektronikvärlden (särskilt inom mikroprocessortekniken). Datorer på rör, som tog upp ett eller flera rum, är en historisk kuriositet. Men en modern CPU innehåller cirka 20 miljarder transistorer. Om vi antar att den diskreta transistorytan är minst 0,1 kvadratcentimeter, måste hela processorn ha en yta på minst 200 000 kvadratmeter, dvs. ungefär 2000 medelstora trerumslägenheter.

Det måste också finnas utrymme för minne, ljudkort, ljudkort, nätverkskort och andra kringutrustning. Kostnaden för att montera så många diskreta komponenter skulle bli enorm och tillförlitligheten skulle bli oacceptabelt låg. Felsökning och reparation skulle ha varit otroligt tidskrävande. Det är uppenbart att persondatorns era utan högintegrerade kretsar aldrig skulle ha uppstått. Utan den moderna tekniken skulle det inte heller ha skapats datorintensiva apparater, från konsumentutrustning till industriell eller vetenskaplig utrustning.

Utvecklingen av elektronik har redan fastställts för många år framöver. Detta beror främst på en ökad grad av integrering av chipelement, vilket beror på den kontinuerliga tekniska utvecklingen. Det finns ett kvalitativt språng framför oss när mikroelektronikens kapacitet når sina gränser, men det är en fråga om en ganska avlägsen framtid.

Relaterade artiklar: